Tidal disruption of satellites and formation of narrow rings
在本文中,我们调查狭窄的行星环的形成,如天王星和土星周围发现通过潮汐破坏的弱,引力约束的卫星,迁移在其罗氏极限。使用$N$体模拟,我们研究了放置在圆形轨道上的碎石堆在不同距离的中央行星的行为。我们认为,均质卫星和分化机构包含一个更密集的核心。我们表明,罗氏极限的碎石堆是更接近地球比一个流体的平均密度相同。一个分异天体的洛希极限也比一个平均密度相同的同质卫星更接近行星。在洛希极限内,同质卫星完全分裂,形成一个狭窄的环。破裂的初始阶段类似于粘性流体椭球的演化,可以半解析地计算。另一方面,当一个分化的卫星只是在洛希极限内,只有地幔被破坏。这个过程类似于交互作用双星中的洛希瓣溢出,并在残留卫星的两侧产生两个狭窄的环。我们认为,天王星环,可能是他们的牧羊人卫星,可能已经形成了通过潮汐破坏的一些原月亮内形成的天王星的共转半径和迁移缓慢向内作为潮汐相互作用的结果与行星。
2012-06-12 astro-ph.EP
Water/Icy Super-Earths: Giant Impacts and Maximum Water Content
富含水的超级地球系外行星预计将很常见。我们探讨了后期巨大的影响,最终散装丰富的水在这样的行星。我们提出的结果从光滑粒子流体动力学模拟的差异水(冰)岩石行星之间的影响,质量在0.5和5 M_地球和弹丸目标质量比从1:1到1:4。我们发现,类似组成的天体之间的巨大撞击永远不会降低目标行星的体积密度。如果雪线以外形成的天体的最大含水量为75wt%的假设是正确的,那么类似组成的天体之间的巨大撞击就不能作为增加含水量的机制。目标行星要么以相同的比例吸积物质,保持水的比例不变,要么从水地幔中失去物质,减少水的比例。水岩行星的灾难性破坏的标准与以前对陆地组成的超级地球的工作中发现的标准相似。对任何成分(水-岩石或岩石-铁)的差异化物体的巨大撞击的整体成分变化也用同样的方程来描述。这些一般定律可以被纳入未来的行星形成的N体计算中,以跟踪巨型撞击造成的成分变化。
2010-07-19 astro-ph.EP
The Critical Core Mass of Rotating Planets
从朱诺号和卡西尼号航天器测量的引力谐波帮助我们分别指定木星和土星的内部结构和化学元素。然而,我们仍然不太了解旋转对行星内部结构的影响以及它们的形成。旋转引起的离心力使行星形状变形,并部分抵消重力。因此,旋转将影响系外行星的临界核心质量。一旦大气质量变得与临界核心质量相当,行星将进入失控的吸积阶段,成为气体巨星。我们已经证实,旋转行星的临界核心质量取决于多面体的刚度,外边界条件,和等温层的厚度。Bondi边界条件下的临界核质量由表面性质决定。旋转行星的临界核心质量将随着核心重力的增加而增加(即,最里面的密度)。在Hill边界条件下,软多面体与Bondi边界条件下的行星具有相同的性质。由于Hill边界条件下行星的总质量随着多变指数的减小而增大,因此旋转行星需要更高的核心引力。结果,刚性Hill模型中的临界核质量急剧增加。当辐射区和对流区共存时,旋转效应变得更加重要。此外,具有希尔(邦迪)边界的行星的临界核质量随着辐射层的变薄(变厚)而显著增加。
2021-12-09 astro-ph.EP
Geothermal heating enhances atmospheric asymmetries on synchronously rotating planets
位于M型恒星液态水宜居带内的类地行星可能演化为同步旋转体。在这些行星上,亚恒星半球经历永久的日光,而相对的反恒星半球经历永久的黑暗。由于夜半球没有直接的能源,地球这一侧的空气很容易冻结并沉积在表面,这可能导致大气崩溃。然而,大气环流模式(GCM)表明,大气动力学可以抵消这个问题,并提供足够的能量输送到反恒星的一面。在这里,我们使用一个理想化的GCM考虑地热加热对同步旋转行星的可居住性的影响。由于潮汐与主星的相互作用,地热加热可能是预期的,地热加热的影响提供了额外的可居住表面积,并可能有助于诱导反恒星半球上的冰融化。我们还探讨了南北半球之间的大气不对称的持久性,我们发现,纬向环流的方向(快速旋转的行星)或纬向风的方向(缓慢旋转的行星)反转的亚恒星点的两侧。我们发现,纬向环流接近理论状态类似的沃克环流只有缓慢旋转的行星,而快速旋转的行星显示出相反方向的纬向环流。我们发现,在所有的情况下,跨极环流是存在的,并提供了一个额外的机制,从亚恒星到反恒星点的质量和能量输送。同步旋转行星大气的特性应包括考虑半球间纬向环流的差异和检查由于跨极流引起的运输。
2014-09-30 astro-ph.EP physics.ao-ph
A non-perturbative approach to computing seismic normal modes in rotating planets
提出了一种基于连续Galerkin方法的旋转行星地震简正波计算方法。特别注意分离出的基本频谱中存在的流体外核使用多项式滤波本征解。相关的弹性引力方程组,包括科里奥利力,进行混合有限元法,而自引力占与快速多极方法。我们的离散化利用完全非结构化的四面体网格的固体和流体区域。相关的特征值问题是解决了几个高度并行和计算效率的方法相结合。我们验证我们的三维结果在非旋转的情况下,使用恒定的弹性球的分析结果,以及从标准的“径向”算法的各向同性地球模型的数值结果。我们还验证了在旋转的情况下,但只有在缓慢旋转的制度,微扰理论适用的计算,因为没有其他独立的算法在一般情况下。该算法和代码被用来计算点谱的特征频率在几个地球和火星模型研究的非均匀性的影响在很大范围内的尺度。
2021-09-26 astro-ph.EP physics.comp-ph physics.geo-ph
Inertial modes of a freely rotating ellipsoidal planet and their relation to nutations
本文计算了一个具有椭球无粘流体核和完全刚性地幔的自由旋转双层行星模型的惯性模。本文提出了一种方法,导出了适用于地核和地幔动力学扁率各阶的自由核章动(FCN)和钱德勒摆动(CW)频率的解析公式,我们展示了FCN和CW是如何直接概括纯流体自旋翻转模式(SO)和欧拉摆动(EW)的到地幔可以围绕稳定旋转状态自由振荡的情况。通过对轴对称(扁球)行星的数值计算,证明了稳定旋转流体核的所有其它惯性模态也是自由旋转双层行星的自由模态。
2020-06-05 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Formation of flattened planetesimals by gravitational collapse of rotating pebble clouds
本研究通过颗粒动力学数值模拟旋转卵石云的引力坍缩过程,发现慢速旋转卵石云的引力坍缩能自然形成扁平椭球体,从而解释了双叶星子Arrokoth及双叶彗星组件的扁平结构。
2024-01-10 astro-ph.EP
Rotating Stars and Revolving Planets: Bayesian Exploration of the Pulsating Sky
我描述了正在进行的工作贝叶斯方法的发展,探索周期性变化的现象,在天文学,解决两类来源:恒星,太阳系外行星(系外行星)。对于光子,该方法旨在检测和测量由光子到达时间组成的数据中的周期性变化的信号,其被建模为非齐次泊松点过程。对于系外行星,这些方法利用对主恒星反射运动“摆动”的观测来探测和估计行星轨道,包括自适应安排观测以优化推断。
2011-07-28 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.IM
Partial Differentiation of Callisto as Possible Evidence for Pebble Accretion
本文证明木卫四的部分分异状态无法由卫星子吸积产生,但可由卵石吸积维持,提出若JUICE等任务证实该状态,将首次为卵石吸积机制提供观测证据。
2025-07-03 astro-ph.EP
Wave reflection and transmission at interface of convective and stably stratified regions in a rotating star or planet
本文用一个简化的模型研究了对流区与稳定层结区(如恒星的辐射层或气态行星的层结层)交界处的波反射和透射。考虑对流区的惯性波和稳定层结区的重力惯性波。我们从极地开始,然后扩展到任何纬度。讨论了六种情况(见表1),在情况2中,两种波在两个区域共存。对于情况2进一步讨论四种配置。计算了波浪反射和透射的角度和能量比。结果表明,波浪的传播和透射取决于浮力频率与旋转频率的比值。在快速旋转的恒星或行星中,波穿过界面传播,入射波的大部分能量被传输到另一个区域,而在慢速旋转的恒星或行星中,波的传输被抑制。
2020-09-02 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
The inner edge of the habitable zone for synchronously rotating planets around low-mass stars using general circulation models
位于晚K型和M型矮星的宜居带内边缘的类地行星预计会同步自转,这是它们与宿主恒星之间强烈潮汐相互作用的结果。以前的全球气候模式(GCM)研究表明,对于缓慢旋转的行星,在亚恒星点的强对流可以产生光学厚的水云,增加行星的温度,从而稳定气候,防止热失控。然而,这些研究并没有使用自洽的轨道/旋转周期同步旋转的行星放置在不同的距离从主恒星。在这里,我们提供了新的估计同步旋转类地行星周围的晚K和M-矮星的宜居带的内部边缘使用3-D地球模拟GCM与恒星金属丰度,恒星有效温度和行星轨道/旋转周期之间的自洽关系。我们发现,无论是大气动力学和亚恒星云甲板的功效是敏感的行星的精确旋转速率。在低金属丰度的中晚期M矮星周围,HZ内缘的行星自转速率变得更快,宜居带内缘比以往的GCM研究更远离宿主星。对于一颗地球大小的行星,当自转速率接近10天时,亚恒星云的动力学状态开始转变。这些更快的自转速率产生了更强的纬向风,环绕着行星并涂抹其周围的亚恒星云,降低了行星的辐射强度,并导致水汽温室气候不稳定的发生,其入射恒星通量比以前的GCM研究低约25%。对于具有高金属丰度的中-晚M矮星和中-K-早M星,我们同意以前的研究。
2016-02-16 astro-ph.EP
On the radial velocity detection of additional planets in transiting, slowly rotating M-dwarf systems: the case of GJ 1132
已知M矮星通常拥有高多重性的行星系。因此,有已知凌日行星的M型矮行星系中,可能会有额外的小行星($r_p \le 4$ R $_{\oplus}$,$m_p \lesssim 20$ M $_{\oplus}$),这些小行星在凌日过程中是看不到的。在这项研究中,我们调查所需的努力,以检测这些行星周围的相当大的子集的M-矮星是缓慢旋转($P_{\mathrm{rot}} \gtrsim 40$天),因此更有可能是不活跃的精密测速仪。本文以GJ 1132为例进行了研究.具体来说,我们执行一套蒙特卡罗模拟的恒星的径向速度信号具有天体物理的贡献恒星抖动由于旋转调制的活动区域和开普勒信号从已知的过境行星和假设的额外的行星没有看到过境。然后,我们计算GJ 1132周围的非凌日行星的检测完整性,从而估计检测这些行星所需的RV测量的数量。我们表明,与1 m s的$^{-1}$ RV精度每次测量,只有$\sim 50$测量需要实现50%的检测完整性,所有非过境行星的系统和行星是潜在的宜居。在整个过程中,我们提倡使用高斯过程回归作为一种有效的工具,用于减轻恒星抖动的影响,包括高活动性的恒星。鉴于GJ 1132是一个大的人口缓慢旋转的M-矮星的代表,我们结束了我们的结果如何可能被扩展到其他系统与已知的凌日行星,如那些将被发现与TESS的讨论。
2016-10-30 astro-ph.EP
Star-planet interactions: II. Is planet engulfment the origin of fast rotating red giants?
上下文快速旋转的红巨星位于红巨星分支的上部,其表面速度无法用单个恒星的演化来解释。目标。我们检查是否恒星和行星之间的潮汐,其次是行星吞没确实可以加速表面旋转的红巨星足够长的时间,以产生这些快速旋转的红巨星。方法.利用旋转恒星模型,考虑了恒星内部角动量通过不同输运机制的重新分配、恒星被吞没前行星轨道与恒星之间的角动量交换以及恒星被吞没时恒星内部角动量的沉积,研究了恒星表面自转速度的演化.结果我们表明,由于潮汐力和行星吞没轨道衰减结束时达到的表面速度可以类似于快速旋转的红巨星观察到的值。当恒星沿着红巨星分支演化时,表面速度会降低,但速度足够慢,可以让恒星以如此高的速度被探测到。更定量地说,恒星与行星的相互作用可以产生恒星表面的快速加速度,超过等于8 km s $^{-1}$的值,持续时间超过红巨星分支阶段的30%。行星物质稀释进入对流包层所产生的表面碳同位素比值的变化是相当温和的。更重要的可能是由于这种效应而增加的锂丰度。然而,锂可能会受到许多不同的,仍然不确定的过程的影响。结论.恒星表面加速到旋转速度超过取决于表面重力的极限,这在目前看来确实是恒星与行星相互作用的最清晰的标志。[删节]
2016-06-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
Metal-silicate mixing in planetesimal collisions
本研究通过光滑粒子流体动力学模拟分化星子碰撞,发现熔融核促进金属-硅酸盐混合,低能吸积和高能侵蚀撞击可在最大残余体中产生大量混合物,且混合物多埋藏于深处,据此提出中铁陨石形成于侵蚀撞击、橄榄陨铁形成于吸积或擦碰撞击,并解释Psyche表面混合成分可能源于撞击。
2024-07-20 astro-ph.EP
Demarcating circulation regimes of synchronously rotating terrestrial planets within the habitable zone
利用群体大气模型(CAM)研究了低质量恒星宜居带内同步自转的类地行星的大气动力学。昼夜半球之间的地面温度差异随着入射恒星通量的增加而减小,这与气体巨星的趋势相反。我们定义了三个动力学制度的赤道Rossby变形半径和莱茵长度。慢自转区有一个从白天到黑夜的平均纬向环流,Rossby变形半径和莱茵长度都超过行星半径,这发生在有效温度为3300 K到4500 K的恒星周围的行星(自转周期> 20天)。快速自转的行星有一个平均的纬向环流,部分跨越半球,并在亚恒星点下方形成带状云,其罗斯比变形半径小于行星半径,这发生在围绕恒星运行的行星,其有效温度小于3000 K(自转周期< 5天)。在两者之间的是莱茵河旋转制度,它保留了从白天到黑夜的热直接流通,但也具有中纬度连续性驱动的纬向急流。莱茵旋转子出现在恒星周围温度在3000 K到3300 K(旋转周期约5到20天)的行星上,其中莱茵长度大于行星半径,但罗斯比变形半径小于行星半径。通过比较同步旋转行星的热辐射相位曲线的形态,可以从观测上推断其动力学状态。
2020-09-15 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.ao-ph
SOAP-T: A tool to study the light-curve and radial velocity of a system with a transiting planet and a rotating spotted star
我们提出了一个改进版本的SOAP(Boisse et al. 2012)命名为“SOAP-T”,它可以产生径向速度变化和光变曲线的系统组成的一个旋转的斑点星与凌日行星。该工具可用于研究凌日光变曲线内部的异常和Rossiter-McLaughlin效应,更好地约束行星系及其主星活动区的轨道构型和性质。代码的测试,以说明其性能,并验证其能力与分析模型和实际数据相比。最后,我们应用SOAP-T的活跃的恒星,HAT-P-11,由美国宇航局开普勒太空望远镜观测,并使用这个系统来讨论这个工具的能力,在分析光变曲线的情况下,过境行星与恒星的斑点重叠。
2012-11-06 astro-ph.EP
Dust from collisions: A way to probe the composition of exo-planets?
为了将对碎片盘中行星形成过程中形成的尘埃的红外观测与来自不同陆地和小行星天体的行星物质的中红外光谱数据联系起来,我们获得了一套具有代表性的陆地地壳和地幔物质以及典型火星陨石的吸收光谱。在9.0-9.5微米范围内具有强烈特征的一系列碎片盘光谱(HD 23514、HD 15407 a、HD 172555和HD 165014)与经历过冲击、碰撞或高温事件的材料相当。这些都是无定形物质,如玻璃陨石,二氧化硅玻璃,黑曜石,和高度冲击shergottites以及夹杂物从mesosidite(A组)。第二组(BD+20307、Beta Picture、HD 145263、ID 8、HD 113766、HD 69830、P1121和Eta Corvi)在9-12微米范围内具有强烈的辉石和橄榄石带,与超镁铁质岩石(如方辉橄榄岩、纯橄榄岩)非常相似(B组)。这可能表明在这些其他系统中出现了类似于我们太阳系中的分化物质。然而,在大规模事件中,如撞击逃逸和巨型碰撞,甚至是大规模行星撞击,必须考虑抛射体和靶物质的混合,以及地壳和地幔物质的混合。这可以解释B组以橄榄石为主的尘埃。A组的地壳型物质可能需要通过掠食式的碰撞或高能事件(如巨大碰撞中的蒸发/冷凝)剥离上层。在潮汐破裂或主要是冰/水体的参与下,所产生的矿物尘埃将主要来自其中一个参与的星子。这可以允许将观察到的组成归因于特定的主体(例如Eta Corvi…
2022-12-26 astro-ph.EP
Collisional Fragmentation is Not a Barrier to Close-in Planet Formation
碰撞碎片被证明不是一个障碍,岩石行星形成在小距离的主机。简单的分析论证表明,岩石行星形成通过碰撞均匀的引力主导的机构是可能的,直到罗氏半径($r_\mathrm{Roche}$)的数量级的距离。对初始天体${\gtrsim}1700$ km的广泛N体模拟,包括引力主导天体的碎裂和合并的合理模型,证实了这一结论,并表明岩石行星形成可能下降到${\sim}$ 1.1 $r_\mathrm{Roche}$。在较小的距离上,潮汐效应会导致碰撞过于破碎,以至于无法形成最终的动力学稳定的行星系。我们认为,即使是分化的天体也可以在距离$r_\mathrm{Roche}$不远的地方聚集形成行星。
2017-09-13 astro-ph.EP
Towards a better understanding of tidal dissipation at corotation layers in differentially rotating stars and planets
星-行星潮汐相互作用在近距离行星系统的动力学演化中起着重要的作用。本文研究了恒星/行星对流区中潮汐惯性波的传播和耗散。我们考虑到纬度差异旋转的背景流,类似于在像太阳这样的低质量恒星的信封中观察到的。以前的工作已经表明,差异旋转显着改变惯性波的传播和耗散特性。特别是,当多普勒频移的潮汐频率消失在流体中,一个临界层的形式,潮汐耗散可以大大增强。我们目前的工作发展了一个局部的分析模型,以更好地了解潮汐强迫惯性波在临界层的传播和耗散特性。
2017-10-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Seven decades of exploring planetary interiors with rotating convection experiments
本文回顾了七十年间三类旋转对流实验的发展,介绍了不同实验模拟行星内部引力场的原理与技术演进,阐明其对理解行星内部及地球外核的重要作用。
2025-03-19 astro-ph.EP physics.geo-ph
Addressing Exoplanetary Degeneracies Through Geometry: Application to Asynchronously Rotating Systems
Macquarie University(麦考瑞大学)
本研究升级InstellCa代码为InstellCa-2.0,以55 Cancri e为案例,证实旋转与主恒星距离影响岩质系外行星亮温度,其几何模型结果与JWST观测值吻合,协调了此前相关研究。
2026-10-30 astro-ph.EP astro-ph.IM
An Energy Balance Model for Rapidly and Synchronously Rotating Terrestrial Planets
本文介绍了可居住能量平衡模式(HEXTOR),它是一个计算地球和其他快速旋转行星纬度温度分布的模式。HEXTOR包括一个用于计算出射红外辐射通量和行星辐射通量的查找表方法,该方法在能量平衡模型中参数化辐射转移方面比其他方法有所改进。验证的情况下,目前的地球和其他地球大小的行星与aquaplanet和陆地行星的条件从0到45度平行度。潮汐锁定坐标系也实现了能量平衡模型,这使得在低质量恒星同步旋转的行星的水平温度分布的计算。该坐标转换模型适用于TRAPPIST-1 e的情况下定义的TRAPPIST可居住的大气相互比较协议,这表明更好的协议与大气环流模型相比,纬度能量平衡模型。将大气环流模型作为调整基准,以及在具有不同物理参数化的能量平衡模型之间进行相互比较,可以在将能量平衡模型应用于系外行星方面取得进展。
2022-01-07 astro-ph.EP physics.ao-ph
Concentric Maclaurin spheroid models of rotating liquid planets
我提出了一个系统的N同心等密度(麦克劳林)球体的内部引力势V的精确表达式。我演示了一个迭代过程,找到一个自洽的解决方案的形状之间的接口球体,和内部的引力势。外部自由空间的潜力,表示为多极展开,出现作为自洽解决方案的一部分。该方法比微扰法更简单、更精确。人们可以选择同心球体的分布和质量密度,以便按照规定的精度再现规定的正压面。我证明了该方法的有效性,通过比较其结果与几个已发表的测试案例。
2013-05-03 astro-ph.EP
Multiple moist climate equilibrium states on arid rocky M-dwarf planets: A last-saturation tracer analysis
围绕附近红矮星(M矮星)运行的类地系外行星是第一个适合在不久的将来进行大气表征的潜在宜居系外行星。了解这些行星上冷阱区域中水的稳定性至关重要,因为它直接影响透射光谱观测,全球能量预算和长期地表水演化。在这里,我们诊断的湿度分布在理想化的大气环流模型(GCM)模拟的类地系外行星。我们使用“最后饱和度示踪”技术来研究航空包裹的饱和度统计。我们发现,在同步旋转的行星上,对流层上部的夜侧水蒸气丰度对行星旋转的依赖很弱,而更多的水蒸气建立在快速旋转的行星上的夜侧对流层下部。然后,我们讨论了如何最后饱和度统计可以阐明多个潮湿的气候平衡态同步和异步旋转的干旱行星。结果表明,多个湿润气候状态是由星下高层大气与冷表面区域之间的冷捕获竞争引起的。我们发现,快速同步旋转的行星往往会因为其弱的大气和强的表面冷阱相比,缓慢旋转的情况下,在夜面的表面水陷阱。这些结果阐明了干旱岩石系外行星上水循环的性质,并将有助于解释未来的大气观测。
2021-08-27 astro-ph.EP
A New 2D Energy Balance Model For Simulating the Climates of Rapidly- and Slowly-Rotating Terrestrial Planets
本文设计了首个能模拟快速与同步自转类地行星大气的二维能量平衡模型PlaHab,通过在地球、火星及系外行星上的应用与对比,证明其兼具易用性与复杂性,是行星气候建模的理想工具。
2023-10-24 astro-ph.EP
A Multi-Planet System Transiting the $V$ = 9 Rapidly Rotating F-Star HD 106315
我们报告发现了一个多行星系统的轨道HD 106315,一个快速旋转的中F型恒星,使用的数据从K2任务。HD 106315拥有一个在9.5天轨道上运行的$2.51\pm0.12\,R_\oplus$亚海王星,和一个在21天轨道上运行的$4.31_{-0.27}^{+0.24}\,R_\oplus$超级海王星。HD 106315的预计旋转速度(12.9 km/s $^{-1}$)可能无法精确测量行星的质量,但可以通过多普勒层析成像测量天空投影的外行星的自旋轨道密度。这两颗行星的偏心率被限制为与0一致,这是在对系统进行全球建模之后,其中包括盖亚距离和动力学参数。HD 106315系统是为数不多的拥有海王星大小行星且可以测量轨道倾角的多行星系统之一,使其成为温暖海王星系统形成机制的绝佳测试案例。宿主恒星的亮度也使HD 106315 c成为未来透射光谱后续研究的候选者。
2017-04-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
Characterizing the Chemistry of Planetary Materials Around White Dwarf Stars
围绕白矮星运行的行星系可以通过恒星本身的光谱观测来研究。大量的白矮星被认为吸积了大多数岩石小行星,其残余物存在于恒星光球中。光球中的元素丰度揭示了吸积母体的整体组成,其精度远远高于天文学家目前可用的任何其他技术。总的来说,最重要的发现是,太阳系外的岩石行星具有与地球和太阳系其他岩石天体相似的大量元素组成。白矮星的研究表明,许多太阳系外的小行星(小行星)是分化的,具有类似地球的地壳,地幔和核心;这一发现对我们自己的太阳系的起源具有重要意义。
2017-08-18 astro-ph.EP
Stellar spectral-type (mass) dependence of the dearth of close-in planets around fast-rotating stars. Architecture of Kepler confirmed single-exoplanet systems compared to star-planet evolution models
本研究利用Kepler确认的单系外行星系统与ESPEM演化模型对比,发现快速自转恒星周围近距行星缺失现象及其边缘随恒星光谱型(质量)变化的趋势,并证明潮汐和磁迁移机制可定性解释该现象。
2023-10-31 astro-ph.EP astro-ph.SR
Ocean Tides on Asynchronously Rotating Planets Orbiting Low-mass Stars
针对低质量恒星周围行星海洋潮汐研究缺失问题,首次开展全球模拟,发现大偏心率异步自转行星海洋潮汐高度、流速及能量耗散远高于地球,可加速轨道演化1-2个数量级,小偏心率行星潮汐则与地球相当。
2025-07-05 astro-ph.EP
Why is there a Dearth of Close-In Planets around Fast-Rotating stars?
我们建议,所报道的缺乏$Kepler$感兴趣的对象(KOIs)的轨道周期$P_{\rm orb} \lesssim 2-3\;$天周围的恒星旋转周期$P_{\rm rot} \lesssim 5-10\;$天可以归因于潮汐摄入近距离的行星由他们的主恒星。我们表明,行星分布在该地区的$\log{P_{\rm orb}}-\log{P_{\rm rot}}$平面定性再现与模型,包括潮汐相互作用和磁制动,以及对恒星的核心-信封耦合时标的依赖。我们证明了这种情况的一致性与推断的中断$P_{\rm orb}$分布的近在KOIs,并指出一个潜在的可测试的预测这种解释。
2014-03-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Strong Dependence of the Inner Edge of the Habitable Zone on Planetary Rotation Rate
行星自转速率是决定大气环流和云的空间分布的关键参数。由于云可以对行星辐射平衡施加主要控制,因此旋转速率对于确定平均行星气候至关重要。在这里,我们调查这个想法使用一个三维的大气环流模式与一个复杂的云计划。我们发现,缓慢旋转的行星(如金星)可以维持类似地球的气候,其恒星通量几乎是快速旋转行星(如地球)的两倍。这表明,许多以前被认为太热的系外行星实际上可能适合居住,这取决于它们的旋转速度。对这种现象的解释是,缓慢旋转的行星具有较弱的科里奥利力和较长的白天照明,这促进了亚恒星区域的强烈会聚和对流。这就产生了大面积的光学厚云,大大增加了行星的引力。相比之下,在快速旋转的行星上,在热带深处形成了一条窄得多的云带,导致相对较低的辐射。我们的模拟表明旋转速率的重要性的一个特别突出的例子是,一个具有现代地球大气层的行星,在金星轨道上,并且具有现代金星的(缓慢)旋转速率将是可居住的。这意味着,如果金星通过一个失控的温室,它在当时有一个更高的旋转速率。
2014-04-19 astro-ph.EP
A dearth of close-in planets around rapidly rotating stars or a dearth of data?
大约十年前就有报道称,围绕快速旋转体运行的近距离行星非常缺乏。根据这种观点,只有自转周期超过5-10天的缓慢自转恒星才会拥有轨道周期短于2 - 3天的行星。这封信带来了一个扩大和更详细的分析,使我们的问题:是否真的有一个缺乏分布或它是一个缺乏数据?对于这项新的分析,我们将开普勒和TESS恒星的不同样本与已确认的行星或行星候选者结合起来,并测量了恒星旋转周期,使用盖亚数据对1013颗行星宿主主序星进行了深入的选择。随着更新,扩大和更精确的数据,报告中缺乏围绕快速旋转器运行的近距离行星的情况趋于消失,这表明它可能反映了先前分析中的数据不足。两个样本的统计检验有力地支持了我们的结果,表明,近距离的行星轨道快速旋转的分布是几乎无法区分的近距离的行星轨道缓慢旋转。
2022-05-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
The effect of core formation on surface composition and planetary habitability
一个分化的行星地幔的熔融生产力主要由其铁含量控制,而铁含量本身近似于行星的核心质量分数(CMF)。在这里,我们表明,估计系外行星的CMF允许强大的预测的厚度,成分和矿物学的衍生地壳。这些预测的地壳成分允许限制放置在表面和深层行星内部之间的挥发性循环,与可居住的行星表面的演变的影响。具有大型类地CMF($\geq$ 0.32)的行星将呈现出薄壳,无法有效地将地表水和其他挥发物输送到下面的地幔中。相比之下,具有较小CMF($\leq$ 0.24)和更高,类似火星的地幔铁含量的岩石行星将发展能够稳定含水矿物的厚壳,这可以有效地将挥发物隔离到行星内部,并在与演化相关的时间尺度上去除表面水。核心形成的程度对随后的行星表面环境有着深远的影响,并可能为寻找可居住的类地系外行星提供额外的限制。
2021-04-21 astro-ph.EP
Mechanisms of Superrotation in Slowly-Rotating and Tidally-Locked Planets
Institute for Atmospheric and Climate Science, ETH Zurich(苏黎世联邦理工学院大气与气候科学研究所);Department of Mathematics and Statistics, University of Exeter(埃克塞特大学数学与统计系)
本文通过比较慢自转体和潮汐锁定行星的超级旋转机制,揭示了热罗斯比数和辐射弛豫时间对超级旋转的影响,发现潮汐锁定行星中需结合巴克林icity和低层摩擦力才能产生超级旋转。
2025-10-24 astro-ph.EP physics.ao-ph
Global-mean Vertical Tracer Mixing in Planetary Atmospheres I: Theory and Fast-rotating Planets
大多数行星大气的化学和云形成模式采用一维(1D)扩散方法来近似全球平均垂直示踪剂输送。在这个框架中的关键参数,涡流扩散率$K_{zz}$的物理基础,通常是模糊的。在这里,我们分析和数值研究在三维分层大气中的垂直示踪剂输送和预测$K_{zz}$作为一个功能的大尺度环流强度,水平混合由于涡和波和当地示踪剂源和汇。我们发现$K_{zz}$随示踪剂化学寿命和环流强度的增加而增加,但随水平涡动混合效率的增加而减小。我们在行星大气中划分了三个$K_{zz}$区域。在第一个政权,示踪剂的寿命是短的运输时间尺度和水平示踪剂分布下的化学平衡($χ_0$)是均匀分布在全球范围内,全球平均垂直示踪剂混合行为扩散。但是,在目前的一维模型中,所有化学物质都是通过相同的涡流扩散系数传输的传统假设通常会被打破。我们发现,在一个单一的大气中,不同的化学物种,原则上应该有不同的涡动扩散配置文件。在第二种情况下,示踪剂是短暂的,但$χ_0$是不均匀分布的,一个显着的非扩散组件可能会导致负$K_{zz}$下的扩散假设。在第三个制度的示踪剂是长寿命的,全球平均垂直示踪剂输运也在很大程度上受非扩散效应。快速旋转的纬向对称行星的二维示踪剂输运的数值模拟验证了我们的分析$K_{zz}$理论在一个广泛的参数空间。
2018-08-16 astro-ph.EP
Dwindling Surface Cooling of a Rotating Jovian Planet Leads to a Convection Zone that Grows to a Finite Depth
针对木星和土星具有弥散分层核心的反常现象,提出快速旋转和表面冷却减弱两个效应共同降低流体卷吸速率,使对流区增长至有限深度后停滞,从而解释了行星未完全混合的难题。
2023-10-24 astro-ph.EP
Transit Lightcurves of Extrasolar Planets Orbiting Rapidly-Rotating Stars
早于光谱型~F6左右的主序星,由于其辐射外部,预计会快速旋转。这种快速的自转导致了一个扁球形的恒星形象。它还导致光球在极处比在赤道处更热(高达几千开尔文),这是由冯·蔡佩尔(1924)首次预测的称为重力暗化的过程的结果。太阳系外行星在这样一个不均匀的扁圆盘上的凌日产生了不寻常的和独特的光变曲线,可以用来确定恒星旋转极和行星轨道法线的相对对齐。这种自旋-轨道对齐可以用来约束行星形成和演化的模型。在与恒星赤道共面的圆盘内,有序的行星形成和迁移将导致自旋轨道对齐。更剧烈的行星-行星散射事件应该会产生自旋-轨道错位的行星。罗西特-麦克劳克林对低质量恒星凌日的测量表明,有些行星是自旋轨道对齐的,有些则不是。由于罗西特-麦克劳克林测量法在快速旋转恒星周围是困难的,光变曲线测光法可能是确定大质量恒星周围行星自旋轨道排列的最佳方法。开普勒任务将在其样本中监测这些恒星中的约10^4颗。任何探测到的行星的光变曲线将使我们能够第一次探测大质量恒星周围的行星形成过程。
2009-09-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
Large-scale structures in the stellar wind of fast-rotating stars spawned by the presence of Earth-like planets
本研究通过三维数值模拟探究快速自转活跃类太阳恒星的星风与无磁化类地行星的相互作用,发现低阿尔芬马赫数星风会形成大尺度弓激波等结构,其密度、温度和磁场升高可能产生可探测光谱特征。
2023-07-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Rapidly rotating stars and their transiting planets: KELT-17b, KELT-19Ab, and KELT-21b in the CHEOPS and TESS era
具有凌日行星的快速旋转早型主序星在许多方面都是令人感兴趣的。不幸的是,在这样的系统中的一些天体物理效应还没有很好地理解。因此,我们使用特征系外行星卫星(CHEOPS)对三颗具有凌日行星的快速旋转恒星(即KELT-17 b,KELT-19 Ab和KELT-21 b)进行了光度测量,并补充了凌日系外行星测量卫星(TESS)数据和光谱数据。我们的目的是调查自旋轨道错位及其光度学符号,因此对选定物体的高质量光变曲线进行了凌日不对称性、凌日持续时间变化和轨道进动测试。此外,我们进行了渡越时间变化分析,获得了新的恒星参数,并完善了系统参数。对于KELT-17 b和KELT-19 Ab,我们得到的行星半径比之前发现的要小得多。与CHEOPS数据的精度相比,重力暗化效应非常小。我们只能报告对KELT-21的恒星倾角的初步探测,它大约是60度。在KELT-17 b和KELT-19 Ab中,我们能够排除导致轨道进动的长期过境持续时间变化。与发现论文相比,KELT-19 Ab的过境时间较短,这可能是行星半径较小的结果。从这个角度来看,KELT-21 b是有希望的,但需要进一步精确的观测。我们没有发现任何令人信服的证据表明系统中存在其他物体。
2022-04-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
Decrease in hysteresis of planetary climate for planets with long solar days
在宜居带内快速旋转的类地行星上的冰反馈会导致温暖状态和雪球(冰覆盖)状态之间的突然转变(分叉),这些状态之间的双稳态,以及行星气候的滞后。这对行星的可居住性很重要,因为雪球事件可能会引发生命复杂性的上升,但也可能危及已经存在的复杂生命。最近的工作表明,行星潮汐锁定在同步旋转状态将平稳过渡到雪球状态,而不是经历分叉。在这里,我们调查的结构,雪球分叉的行星潮汐的影响,但不同步旋转,使他们经历长的太阳日。我们使用PlaSIM,一个中等复杂度的全球气候模式,热力学混合层海洋和太阳的光谱。我们发现,滞后量(在恒星通量的范围内,有气候的双稳态)是显着减少太阳日的长度为几十个地球日,和太阳日的数百个地球日消失。这些结果表明,潮汐影响的行星轨道M和K-恒星,不同步旋转可能有更少的滞后与雪球分叉比他们会,如果他们迅速旋转。这意味着它们通过CO $_2$脱气而逃离雪球状态所花费的时间量将大大减少,如果它们具有低的CO $_2$脱气速率,则在温暖状态和雪球状态之间循环的时间也将大大减少。
2018-01-31 astro-ph.EP
Asymmetry and Variability in the Transmission Spectra of Tidally Locked Habitable Planets
空间异质性和时间变异性是行星天气和气候的一般特征,由于行星旋转,不均匀的恒星通量分布,流体运动不稳定性等的影响,在这项研究中,我们调查的不对称性和变化的传输光谱的1:1自旋轨道潮汐锁定(或称为同步旋转)行星周围的低质量恒星。我们发现,对于快速旋转的行星,过境大气层厚度上的夜晚终结者(东的亚恒星区域)是显着大于早晨终结者(西的亚恒星区域)。这种不对称性主要与冰云中的空间不均匀性有关,因为液态云和水蒸气的贡献较小。潜在的机制是,在晚上的终结者上总是有更多的冰云,这是由于耦合的Rossby-Kelvin波和赤道超旋转的共同作用,这些波将水汽和云平流输送到东部,特别是在大气的高层。对于缓慢旋转的行星,不对称性会逆转(早晨的明暗界限比晚上的明暗界限有更大的传输深度),但幅度很小,甚至可以忽略不计。对于快速和缓慢旋转的行星,透射光谱都有很强的变化。詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)几乎不可能观测到不对称信号,因为不对称的幅度(约10 ppm)小于仪器噪声,并且高可变性进一步增加了挑战。
2021-07-30 astro-ph.EP
Stabilization of dayside surface liquid water via tropopause cold trapping on arid slowly rotating tidally locked planets
在不久的将来,围绕附近红矮星(M矮星)运行的陆地型系外行星是大气特征和生物特征搜索的最佳目标之一。最近的演化研究表明,位于M矮星宜居带的类地行星可能被潮汐锁定,由于其宿主恒星早期的高光度,其表面的水储量有限。之前对这类行星的几次气候模拟表明,它们剩余的水将被输送到行星永久的夜面,并被困在表面的冰中,使昼面没有水。在这里,我们使用一个三维的大气环流模式与水循环和精确的辐射转移计划,调查表面水的演变缓慢旋转潮汐锁定类地行星有限的表面水库存。我们发现,在这种类型的气候系统的夜面和亚恒星对流层顶之间的水捕获的竞争。虽然在某些情况下,地表水仍然被困在夜面作为冰盖,在其他情况下,液态水稳定在一个圆形区域在亚恒星区域作为湿地。N $_2$为1 bar,大气CO $_2$水平大于0.1 bar的行星,即使地表水储量非常小,也能保持稳定的昼侧液态水。我们的研究结果揭示了地球型系外行星上可能的气候状态的多样性,并强调了未来表征工作的表面液态水检测技术的重要性。
2020-02-20 astro-ph.EP physics.ao-ph
A Systematic North-South asymmetry in the Steady-state Climate of rapidly-rotating Oblique Water Worlds
本研究使用中等复杂度的通用环流模型模拟全水行星,发现高倾斜角和自转速率会引发南北半球气候不对称,且该现象与行星质量无关,可据此推断系外行星的倾斜角和自转速率。
2025-10-13 astro-ph.EP
Line-profile tomography of exoplanet transits -- II. A gas-giant planet transiting a rapidly-rotating A5 star
我们对太阳系外行星的大部分了解都依赖于精确的径向速度测量,无论是直接探测还是确认测光凌日信号的行星起源。这限制了我们对太阳系外行星宿主的参数空间的探索,以及后来的类型,尖锐的恒星。在这里,我们扩展了恒星与已知的行星同伴的领域,包括热,快速旋转的恒星。类似行星的凌日现象以前曾在超级WASP对A5恒星HD 15082(WASP-33; V=8.3,v sin i = 86 km/sec)的光变曲线中被报道过。在这里,我们通过三次单独的凌日报告了进一步的测光和时间序列光谱学,我们使用这些来确认在HD 15082周围轨道上存在一颗轨道周期为1.22 d的气体巨行星。从光度学和行星信号的性质,通过传输过程中的谱线轮廓,我们直接推导出行星的大小,它的轨道平面的倾角和倾斜度,以及它的逆行轨道运动相对于恒星的自旋。这种分析开辟了研究行星形成的道路,这些行星围绕着一个全新的年轻的早期类型的恒星,因此在不同的物理条件下,通常处于比尖锐的晚期类型恒星更早的形成阶段。凌日行星引起的恒星反射轨道运动很小,产生的行星质量上限为4.1木星质量。我们还发现了该系统中第三个亚恒星质量天体的证据,这可能解释了凌日行星的不寻常轨道。在HD 15082中,恒星线轮廓也显示出非径向脉动的证据,与行星凌日信号明显不同。这就提出了一个有趣的可能性,即由近距离行星引起的潮汐可能会激发或放大这些恒星的脉动。
2010-04-26 astro-ph.EP
Retrograde-rotating exoplanets experience obliquity excitations in an eccentricity-enabled resonance
以前的研究表明,逆行(相对于其轨道运动向后)的行星通常比逆行(与其轨道运动相同的方向)的行星经历更少的重力变化。在这里,我们研究逆行旋转的行星偏心轨道,并发现一个以前未知的长期自旋轨道共振,可以驱动显着的曲率变化。当行星的旋转轴进动的频率变得与行星系的轨道本征频率相称时,这种共振发生。行星的偏心率通过行星轨道的拱点进动引起行星轨道角动量矢量的周期章动的相互作用来实现参与的轨道频率。由此产生的轨道频率遵循关系式$f = 2 \dot{\varpi} - \dotΩ$,其中$\dot{\varpi}$和$\dotΩ$分别是行星近心点和升交点的经度变化率。我们通过模拟一个简单的地球-木星系统的情况来测试这种机制,并证实了预测的共振。在1亿年的过程中,旋转轴进动率接近预测共振频率的测试地球经历了$10^\circ$ - $30^\circ$级的明显的周期性变化。这些变化可能是显着的,并表明,虽然逆行旋转是一个稳定的影响,大部分时间,逆行旋转可以经历大的结晶度变化,如果他们在偏心轨道上,并进入这种自旋轨道共振。
2020-04-07 astro-ph.EP
Convective Differential Rotation in Stars and Planets I: Theory
我们推导出缩放的微分旋转在缓慢和快速旋转的对流区使用数量级的方法。我们的计算适用于恒星和流体行星和所有旋转速率,以及磁化和纯流体动力系统。我们发现剪切$|R\nablaΩ|$的顺序的角频率$Ω$的缓慢旋转系统与$Ω\ll |N|$,其中$N$是\brvs \频率,并发现它下降的幂律$Ω$的快速旋转系统与$Ω\gg |N|$。进一步计算了纬向环流率和斜压性,并检验了快速旋转极限下的磁场强度。我们的结果与模拟和观测结果基本一致,我们与同伴论文中的结果进行了详细的比较。
2020-08-20 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Excitation of Inertial Modes in 3D Simulations of Rotating Convection in Planets and Stars
TAPIR, California Institute of Technology(加州理工学院);Department of Earth and Planetary Sciences, The Johns Hopkins University(约翰斯·霍普金斯大学)
本研究通过3D模拟揭示了旋转对流中惯性模的激发机制,发现其由差异旋转不稳定性驱动,而非随机对流力。
2026-01-05 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Effect of Sea-ice Drift on the Onset of Snowball Climate on Rapidly Rotating Aqua-planets
先前的研究表明,海冰漂移有效地促进了全球冰覆盖的雪球气候的发生,对于古地球和低质量恒星周围的潮汐锁定行星。在这里,我们调查海冰漂移是否会影响恒星通量阈值的雪球气候发生在快速旋转的水行星周围的类太阳恒星。利用一个完全耦合的大气-陆地-海洋-海冰模式,考虑海冰漂移的影响,研究了无偏心率(e=0)的圆轨道和偏心率(e=0.2)的圆轨道。当海冰漂移被关闭时,当e=0和0.2时,雪球开始的恒星通量阈值分别为1250- 1275和1173- 1199 W·m^-2。这种差异主要是由于当行星在偏心轨道上接近近日点时,海冰和积雪边缘向极地退缩。当海冰漂移被打开时,相应的恒星通量阈值为1335- 1350和1250- 1276 W·m^-2。这意味着海冰漂移使雪球开始阈值在e=0和0.2时都增加了约80 W·m^-2,从而促进了雪球气候状态的形成。我们进一步表明,海洋动力学对雪球爆发阈值的影响很小,小于26 W·m^-2。这是因为随着海冰边缘接近赤道,海洋热传输变得越来越弱。这些结果意味着海冰动力学对靠近宜居带外缘的行星的气候很重要,但海洋热输送不太重要。
2020-07-22 astro-ph.EP
Stellar wind impact on early atmospheres around unmagnetized Earth-like planets
该研究通过三维磁流体动力学模拟,分析了不同自转速率恒星的活动相关恒星风对无磁场类地行星原始大气早期演化的影响,揭示快速自转恒星风会显著缩减大气范围,慢速则影响甚微,为系外行星宜居性研究提供参考。
2024-05-17 astro-ph.EP
Dynamical tidal Love numbers of rapidly rotating planets and stars
本文提出一种基于简正模求和的精确方法计算快速旋转行星和恒星的动态非耗散潮汐响应,发现逆行惯性模与田谐分量的强耦合及顺行模混合显著影响共振响应,且CFS机制可改变极快旋转体的潮汐行为。
2021-12-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
Tidal dissipation in rotating and evolving giant planets with application to exoplanet systems
本研究探讨了质量在0.1-10木星质量的旋转演化巨行星中的潮汐耗散,发现被激发的惯性波是主导机制,并预测了修正的潮汐品质因子,揭示了行星潮汐在系外行星偏心率圆化中的关键作用。
2023-11-27 astro-ph.EP
Chemical differentiation of planets: a core issue
通过绘制地球上相对于太阳的经验化学元素丰度,并归一化为硅与其第一电离势,我们证实了先前报道的相关性的存在。为了解释这一点,我们开发了一个模型的基础上的统计物理学原理,预测分化相对丰度的任何行星体在太阳系作为其轨道距离的函数。这个简单的模型是成功地测试对现有的化学成分数据CI陨石和火星,地球,月球,金星和水星的表面成分数据。此外,我们表明,偏离拟议的法律为一个给定的行星对应于后来的表面分离的元素驱动的重力和化学反应。因此,我们为太阳系和行星内部的元素分布提供了一幅新的图景,并对它们的化学组成产生了重要影响。特别是,4wt%的初始氢含量预测散装早期地球。这与其他研究结果一致,表明地球内部可能富含氢。
2022-01-19 astro-ph.EP
A model of rotating convection in stellar and planetary interiors: I - convective penetration
恒星和行星对流的单峰模型推导出均方根速度的大小,程度的超绝热,和特征长度尺度作为旋转速率的函数,以及与热和粘性扩散。对流模型被用来作为一个边界条件的对流不稳定和稳定的分层区域之间的过渡区域的运动方程的线性化,产生的深度对流渗透到稳定区域,并建立该深度和当地的对流Rossby数,扩散率,和这些流量的压力标度高度之间的关系。向上和向下的穿透对流有一个类似的标度与旋转速率和扩散率,但它们取决于不同的压力标度的高度,由于不同的能量过程发生在对流核心的早型恒星与对流信封的晚型恒星。
2019-02-27 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
A New Scaling Law for Non-Dipolar Magnetic Fields in Rapidly Rotating Stars and Planets
Department of Earth, Planetary, and Space Sciences, University of California, Los Angeles(加州大学洛杉矶分校地球、行星与空间科学系)
通过40个3D球壳发电机模拟,发现快速旋转系统中非偶极磁场强度与偶极磁场强度遵循不同标度律,非偶极场强度在两种形态下相似,而偶极分量在非偶极态中低一个数量级。
2026-06-05 astro-ph.EP